Эксперимент с изогнутым листом бумаги

Эксперимент с изогнутым листом бумаги

Всем хорошо известен эксперимент с изогнутым листом бумаги, удерживающим спичечный коробок. Тонкий пластик или металлический лист обладают аналогичными свойствами. Лист картона, свернутый в конус или цилиндр, сложенный в «гармошку» или профилированный, также становится конструктивным элементом. Известны примеры использования гофрированного картона при изготовлении мебели, упаковки и даже конструкций. Так, белорусскими инженерами создано складчатое покрытие из картона, пропитанного специальными веществами, для вспомогательных помещений. Пространственная решетка — структура, составленная из обыкновенных спичек, благодаря своей прочности демонстрирует возможности создания новых эффективных стержневых конструкций на основе поиска их определенной формы. Жесткость таких конструктивных форм, определяемая их геометрией, повышает несущую способность и создает условия для рационального использования материала при их создании. Здесь геометрия и прочность, геометрия и рациональность конструктивных форм неразделимы. К тому же, сравнивая геометрию поверхностей, мы оцениваем, насколько красива та или иная форма. Определенная геометрия предмета и его целесообразность тесно взаимосвязаны. В этом и состоит функциональное значение абстрактной геометрической формы. Какое место занимает геометрия в живой природе и архитектуре? Что влияет на геометрию различных по сущности форм? Наконец, какую пользу может принести совместное рассмотрение геометрии природных и архитектурных форм? Обратимся вначале к природе. Рост и развитие образований живой природы закономерно отражается в непрерывном изменении их внутренней и внешней структуры под воздействием различных факторов. Каждый организм живой природы е процессе своего развития стремится к форме,  которая способна наиболее полно удовлетворить его функциональные потребности: добывания пищи, самосохранения, размножения и т. п. Этот процесс происходит в неразрывной связи с конкретными условиями внешней среды. Организм в своем развитии, с одной стороны, максимально использует их, с другой, вынужден защищаться от их чрезмерного воздействия. Влияние на организм гравитационных сил Земли (собственная масса, атмосферное или водяное  давление), напора ветра, температуры, инсоляции вынуждает природу находить универсальную форму, эффективно взаимодействующую с указанными факторами. Характерная особенность этого процесса заключается в том, что данные факторы учитываются в природе не произвольным образом, а на основе определенных принципов, выработанных самой эволюцией. Главные из них — принципы экономии материала и энергии.

Природа не безразлична к способам создания своих форм: из возможных путей она всегда находит наиболее целесообразный. Поэтому представляет интерес не сам факт, часто достаточно наглядный, отражения в форме организмов условий среды, а способы их учета организмом.

Например, стремление растений к солнечному свету в природе часто сочетается с необходимостью нейтрализовать чрезмерное тепловое воздействие солнечных лучей на организм. Поэтому в условиях жаркого климата поверхность листьев и коры многих растений часто глянцевая, что увеличивает ее отражательную способность. У некоторых растений солнце-защита достигается путем изменения геометрии формы листьев (складывание) или изменения их ориентации по отношению к солнцу. Представляет интерес способность растений (например, молочая) защищаться от перегрева путем максимально возможного уменьшения общей площади поверхности. У всех растений упругая кожица плотно облегает их стволы и ветки, кожа биологических существ также стремится к минимальной поверхности. Не удивительно, что к применению минимальных по площади поверхностей на заданном контуре все чаще обращаются в современной строительной практике при создании покрытий из пленок.